CN103013436B - 一种改性大豆蛋白胶黏剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种改性大豆蛋白胶黏剂及其制备方法。该胶黏剂包括以下重量百分比的各组分：大豆分离蛋白5~10%、大豆蛋白修饰剂5~14%、植物纳米纤维素0.1~5%、水余量。该制备方法包括以下步骤：配制5~30%微晶纤维素水悬浊液，放入冰水浴中，插入温度计，滴加浓硫酸至硫酸浓度为50%， 40℃下搅拌反应1.5h， 12000rpm下离心10min，重复3~5次，然后超声0.5h，得植物纳米纤维素悬浊液；将大豆分离蛋白、大豆蛋白修饰剂及植物纳米纤维素按重量百分比加入水中，50℃下搅拌1h，然后超声0.5h，得改性大豆蛋白胶黏剂。该改性大豆蛋白胶黏剂胶合强度高、耐水性好。

Description

一种改性大豆蛋白胶黏剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及胶黏剂及其制备技术领域，具体涉及一种改性大豆蛋白胶黏剂及其制备方法。

背景技术

多年来，三醛胶的产量占胶黏剂总产量的40%左右。然而，三醛胶在制造、运输和使用时由于会释放对人体有害的游离甲醛和酚而带来环境污染问题；而且石油基胶黏剂属于非生物可降解材料，长期大量使用会形成难降解的废物堆积，进而使环境恶化。因此基于可再生资源的生物质胶黏剂和环境友好型生物材料的研究越来越得到重视，胶黏剂工业重新考虑新型天然胶黏剂。

大豆以其资源丰富、产量高，大豆蛋白又是油脂加工的副产品，植物蛋白含量丰富等优点，使大豆蛋白胶黏剂再次成为研究热点。但在大豆基胶黏剂的研制过程中发现，其黏结强度和耐水性这两大难以突破的技术难关，是阻碍大豆基胶黏剂推广的瓶颈问题。因此，提高大豆胶的黏结强度和耐水性、满足工业应用的要求，是当前大豆基胶黏剂开发研究的关键。

为了制备适于木材包装使用的大豆蛋白胶黏剂，至今已经公开了一些方法。在中国发明专利申请公开说明书（公开号：CN101302417）中，提出了将大豆蛋白与水经10分钟搅拌混合，加入消石灰拌和10分钟，再加入硅酸钠、过氧化钠，经15分钟搅拌后制备的大豆蛋白黏合剂可用于胶合板工业。在中国发明专利申请公开说明书（公开号：CN101255328）中，介绍了有机溶剂乙醇改性大豆蛋白胶黏剂技术。以上两种方法只是举例介绍了大豆蛋白胶黏剂的制备方法，胶黏剂的耐水性和胶合强度还有进一步提升的空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种改性大豆蛋白胶黏剂，该改性大豆蛋白胶黏剂胶合强度高、耐水性好。

本发明所采用的技术方案为：

一种改性大豆蛋白胶黏剂，该改性大豆蛋白胶黏剂包括以下重量百分比的各组分：大豆分离蛋白5~10%、大豆蛋白修饰剂5~14%、植物纳米纤维素0.1~5%、水余量。

所述大豆蛋白修饰剂为尿素、氢氧化钠、硼砂、氢氧化铵中的一种。大豆蛋白修饰剂可以使蛋白分子展开，使整个蛋白质体和反应活性结构部分能够与木材纤维材料相互作用增强，从而提高其胶黏强度。大豆蛋白修饰剂含有的羟基、氨基能够与水分子作用形成很强的氢健，包围在蛋白质周围，破坏蛋白质内部的氢健，从而使球蛋白结构不稳定，导致部分蛋白质空间结构展开，在此基础上加入其他化合物与之反应，使其产生疏水性，从而提高大豆蛋白胶粘剂的耐水性。对于大豆分离蛋白，当大豆蛋白修饰剂浓度优选为1mol/L（5.2%）时，它们的结构含量处于最适量状态，胶黏强度值达到最大。

植物纳米纤维素作为改性剂，是一种具有较大长径比的高结晶性材料，表面极性高，在水溶液中，其极性基团转向分子外部，可与极性水分子相互作用，而非极性基团转向分子内部，形成疏水键。大豆分离蛋白表面含有大量的极性氨基酸，如谷氨酸、天门冬氨酸等，当植物纳米纤维素作用于大豆分离蛋白溶液时，植物纳米纤维素的纳米颗粒必定与大豆分离蛋白表面分子结合，胶黏强度因此发生变化。当经植物纳米纤维素修饰的大豆分离蛋白作用于木材时，由于植物纳米纤维素的颗粒粒径小，特殊的表面结构具有很强的亲和力，借助纳米粒子强劲的纳米作用，植物纳米纤维素的纳米颗粒可以填充并结合在大豆分离蛋白分子未能作用的木材表面的孔隙当中，即增加了胶黏剂与木材的接触面积，从而胶黏强度变强。当植物纳米纤维素添加量过小时，植物纳米纤维素的纳米颗粒也许不能充分填充孔隙，胶黏强度难以达到最高值；当植物纳米纤维素添加量过大时，过多的纳米颗粒势必会局部的聚集在一起，加大了进入孔隙的难度，胶黏强度也不能达到最高值。所以，所述植物纳米纤维素占改性大豆蛋白胶黏剂的重量百分比优选为0.1~2%。

所述水为蒸馏水或去离子水。

本发明所要解决的另一技术问题是提供本发明所述改性大豆蛋白胶黏剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

（1）植物纳米纤维素的制备

配制质量百分比为5~30%的微晶纤维素（MCC）水悬浊液，将所得微晶纤维素水悬浊液放入冰水浴中，插入温度计，边搅拌边向微晶纤维素水悬浊液中滴加浓硫酸至溶液中硫酸浓度为50%，然后使在40℃下搅拌反应1.5h，将所得悬浮液在12000rpm下离心10min，去上层清液，沉淀加去离子水溶解，重复3~5次，然后用超声波振荡器将所得悬浮液在常温下超声0.5h，得植物纳米纤维素悬浊液；

   （2）改性大豆蛋白胶黏剂的制备

将大豆分离蛋白、大豆蛋白修饰剂及植物纳米纤维素按重量百分比加入水中，50℃下充分搅拌1h，使无颗粒状物质存在，然后用超声波振荡器将溶液在常温下超声0.5h，使大豆分离蛋白的反应中心暴露出来，经充分反应后即得改性大豆蛋白胶黏剂。

与现有技术相比，本发明具有以下显著优点和有益效果：

1、选用植物纳米纤维素对大豆蛋白胶黏剂改性，通过改变大豆分离蛋白的分子活性，降低大豆分离蛋白非极性侧链从疏水内部到水介质的转移的自由能，和表面活性剂的疏水部位相互作用而形成胶束团，增加了胶黏层的疏水性，从而增强胶黏剂和木材之间的接触面积，达到更大的胶黏强度；

2、通过本发明配方和方法制备的改性大豆蛋白胶黏剂耐水胶合性能优良；

3、选用水作溶剂，大幅度降低了大豆分离蛋白的使用量，胶黏剂成本因此大幅度下降，更具有使用价值；

4、本发明改性大豆蛋白胶黏剂不会产生甲醛、苯酚等有毒有害物质，使用过程环保卫生，更适合木材胶合板、纤维板、刨花板等领域的应用。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步具体描述，但不局限于此。

实施例1：

本实施例预制备的改性大豆蛋白胶黏剂包括以下质量百分比的各组分：大豆分离蛋白5%、尿素5.2%、植物纳米纤维素0.1%、去离子水余量。

（1）植物纳米纤维素的制备

配制5%（质量百分比）的微晶纤维素水悬浊液置于烧杯中，放入冰水浴中，插入温度计，边搅拌边向悬浊液中滴加浓硫酸至悬浊液浓硫酸浓度为50%，停止滴加，然后在40℃下继续搅拌反应1.5h；将所得悬浊液进行离心（12000rpm，10min），去上层清液，沉淀加去离子水搅拌均匀，再次离心，重复五次（或离心后所得上清液已浑浊，可停止离心）；运用超声波振荡器将所得悬浮液在常温下超声0.5h，得到植物纳米纤维素悬浮液。

（2）改性大豆蛋白胶黏剂的制备

将尿素、大豆分离蛋白及植物纳米纤维素分别按质量百分比加入水中；50℃下充分搅拌1h，使胶黏剂胶体无颗粒状物质；运用超声波振荡器将溶液在常温下超声0.5h，即得到改性大豆蛋白胶黏剂。

制得的改性大豆蛋白胶黏剂，其耐水性与未加入NCC相比提高了10%，胶黏强度提高了40%（试样热压温度为100℃，压力1 Mpa）。

实施例2：

本实施例预制备的改性大豆蛋白胶黏剂包括以下质量百分比的各组分：大豆分离蛋白7%、氢氧化钠8%、植物纳米纤维素1%、去离子水余量。

（1）植物纳米纤维素的制备

配制10%（质量百分比）的微晶纤维素水悬浊液置于烧杯中，放入冰水浴中，插入温度计，边搅拌边向悬浊液中滴加浓硫酸至悬浊液浓硫酸浓度为50%，停止滴加，然后在40℃下继续搅拌反应1.5h；将所得悬浊液进行离心（12000rpm，10min），去上层清液，沉淀加去离子水搅拌均匀，再次离心，重复五次（或离心后所得上清液已浑浊，可停止离心）；运用超声波振荡器将所得悬浮液在常温下超声0.5h，得到植物纳米纤维素悬浮液。

（2）改性大豆蛋白胶黏剂的制备

将尿素、大豆分离蛋白及植物纳米纤维素分别按质量百分比加入水中；50℃下充分搅拌1h，使胶黏剂胶体无颗粒状物质；运用超声波振荡器将溶液在常温下超声0.5h，即得到改性大豆蛋白胶黏剂。

制得的改性大豆蛋白胶黏剂，其耐水性与未加入NCC相比提高了8%，胶黏强度提高了43%（试样热压温度为100℃，压力1 Mpa）。

实施例3：

本实施例预制备的改性大豆蛋白胶黏剂包括以下质量百分比的各组分：大豆分离蛋白8%、硼砂10%、植物纳米纤维素2%、去离子水余量。

（1）植物纳米纤维素的制备

配制20%（质量百分比）的微晶纤维素水悬浊液置于烧杯中，放入冰水浴中，插入温度计，边搅拌边向悬浊液中滴加浓硫酸至悬浊液浓硫酸浓度为50%，停止滴加，然后在40℃下继续搅拌反应1.5h；将所得悬浊液进行离心（12000rpm，10min），去上层清液，沉淀加去离子水搅拌均匀，再次离心，重复五次（或离心后所得上清液已浑浊，可停止离心）；运用超声波振荡器将所得悬浮液在常温下超声0.5h，得到植物纳米纤维素悬浮液。

（2）改性大豆蛋白胶黏剂的制备

将尿素、大豆分离蛋白及植物纳米纤维素分别按质量百分比加入水中；50℃下充分搅拌1h，使胶黏剂胶体无颗粒状物质；运用超声波振荡器将溶液在常温下超声0.5h，即得到改性大豆蛋白胶黏剂。

制得的改性大豆蛋白胶黏剂，其耐水性与未加入NCC相比提高了9.5%，胶黏强度提高了38%（试样热压温度为100℃，压力1 Mpa）。

实施例4：

本实施例预制备的改性大豆蛋白胶黏剂包括以下质量百分比的各组分：大豆分离蛋白10%、氢氧化铵14%、植物纳米纤维素5%、去离子水余量。

（1）植物纳米纤维素的制备

配制30%（质量百分比）的微晶纤维素水悬浊液置于烧杯中，放入冰水浴中，插入温度计，边搅拌边向悬浊液中滴加浓硫酸至悬浊液浓硫酸浓度为50%，停止滴加，然后在40℃下继续搅拌反应1.5h；将所得悬浊液进行离心（12000rpm，10min），去上层清液，沉淀加去离子水搅拌均匀，再次离心，重复五次（或离心后所得上清液已浑浊，可停止离心）；运用超声波振荡器将所得悬浮液在常温下超声0.5h，得到植物纳米纤维素悬浮液。

（2）改性大豆蛋白胶黏剂的制备

将尿素、大豆分离蛋白及植物纳米纤维素分别按质量百分比加入水中；50℃下充分搅拌1h，使胶黏剂胶体无颗粒状物质；运用超声波振荡器将溶液在常温下超声0.5h，即得到改性大豆蛋白胶黏剂。

制得的改性大豆蛋白胶黏剂，其耐水性与未加入NCC相比提高了9%，胶黏强度提高了45%（试样热压温度为100℃，压力1 Mpa）。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种改性大豆蛋白胶黏剂，其特征在于包括以下重量百分比的各组分：大豆分离蛋白5～10％、大豆蛋白修饰剂5～14％、植物纳米纤维素0.1～2％、水余量。

2.根据权利要求1所述的一种改性大豆蛋白胶黏剂，其特征在于：所述大豆蛋白修饰剂为尿素、氢氧化钠、硼砂、氢氧化铵中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种改性大豆蛋白胶黏剂，其特征在于：所述水为蒸馏水或去离子水。

4.权利要求1所述的一种改性大豆蛋白胶黏剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)植物纳米纤维素的制备

配制质量百分比为5～30％的微晶纤维素水悬浊液，将所得微晶纤维素水悬浊液放入冰水浴中，插入温度计，边搅拌边向微晶纤维素水悬浊液中滴加浓硫酸至溶液中硫酸浓度为50％，然后使在40℃下搅拌反应1.5h，将所得悬浮液在12000rpm下离心10min，去上层清液，沉淀加去离子水溶解，重复3～5次，然后用超声波振荡器将所得悬浮液在常温下超声0.5h，得植物纳米纤维素悬浊液；

(2)改性大豆蛋白胶黏剂的制备

将大豆分离蛋白、大豆蛋白修饰剂及植物纳米纤维素按重量百分比加入水中，50℃下充分搅拌1h，使无颗粒状物质存在，然后用超声波振荡器将溶液在常温下超声0.5h，使大豆分离蛋白的反应中心暴露出来，经充分反应后即得改性大豆蛋白胶黏剂。